数字电路实验二数据选择器应用

实 验 报 告课程名称： 数字电路实验 第 2 次实验实验名称： 数据选择器应用 实验时间：2012年 3 月 31 日 实验地点： 组号 学号： 姓名： 指导教师： 评定成绩： 一、实验目的：1通过实验的方法学习数据选择器的电路结构和特点。2掌握数据选择器的逻辑功能和它的测试。3掌握数据选择器的基本应用。二、实验仪器：序号仪器或器件名称型号或规格数量1逻辑实验箱12万用表1374LS1532474LS041574LS001三、实验原理：1数据选择器 数据选择器（multiplexer）又称为多路开关，是一种重要的组合逻辑部件，它可以实现从多路数据传输中选择任何一路信号输出，选择的控制由专列的端口编码决定，称为地址码，数据选择器可以完成很多的逻辑功能，例如函数发生器、桶形移位器、并串转换器、波形产生器等。 本实验采用的逻辑器件为TTL双极型数字集成逻辑电路74LS153，它有两个4选1，外形为双列直插，引脚排列如图2-1所示，逻辑符号如图2-2所示。其中D0、D1、D2、D3为数据输入端，Q为输出端，A0、A1为数据选择器的控制端（地址码），同时控制两个选择器的数据输出，S为工作状态控制端（使能端），74LS153的功能表见表2-1。 数据选择器有一个特别重要的功能就是可以实现逻辑函数。现设逻辑函数F（X，Y）=（1，2），则可用一个4选1完成，根据数据选择器的定义：Q（A1，A0）=A1A0D0+ A1A0D1+ A1A0D2+ A1A0D3，令A1=X，A0=Y，1S=0，1D0=1D3=0，1D1=1D2=1，那么输出Q=F。如果逻辑函数的输入变量数超过了数据选择器的地址控制端位数，则必须进行逻辑函数 降维或者集成芯片扩展。例如用一块74LS153实现一个一位全加器，因为一位全加器的逻辑函数表达式是：S1（A，B，CI）=（1，2，4，7）CO（A，B，CI）=（3，5，6，7）现设定A1=A，A0=B，CI为图记变量，输出1Q=S1，2Q=CI，由卡诺图（见图2-3，图2-4）得到数据输入：1D0=CI，1D1=CI，1D2=CI，1D3=CI，2D0=0，2D1=CI，2D1=CI，2D3=1，由此构成逻辑电路，就能完成一位全加器的逻辑功能（见图2-5）。需要指出的是用数据选择器实现逻辑函数的方法不是唯一的，当逻辑函数的输入变量数较多时，可比较多种方法取其最优实现。四、实验内容：1验证74LS153的逻辑功能 按表2-1所列测试，特别注意所测芯片A1、A0哪一个是高位，S端是否低电平有效，当芯片封锁时，输出是什么电平。记录： 答：实验结果如下：输入SA1A01Q1XX0000D0001D1010D2011D32实现一位全加器用一块74LS153及门电路完成联接，输入用3个开关分别代表A、B、CI，输出用2个指示灯分别代表CO、S1。要求写出逻辑设计过程。改变开关状态，观察2个指示灯的变化，记录：答：全加器的功能表如下：ABCICOS10000000101010010111010001101101101011111设计过程：全加器中两个输出各有用处，因而可以各自输出。将真值表降维：CO（以CO为例） CI AB010000010111111001CO AB00001CI11110CIS1的降维类似，不再赘述。降维之后就可以根据AB的地址值分配D0D3的值，输出即可。比如用Q1输出CO的值，那么就把0接到D0上，C接到D1和D2上，1接到D3上。电路图：3利用数据选择器实现一个输血者血型和受血者血型符合输血规则的电路，输血规则如下：从规则可知，A型血能输给A、AB型，B型血能输给B、AB型，AB型血只能输给AB型，O型血能输给所有四种血型。设输血者血型编码是X1X2，受血者血型编码是X3X4，符合输血血型规则时，电路输出F为1，否则为0，则电路的逻辑函数是：F（X1，X2，X3，X4）=（0，2，5，6，10，12，13，14，15）此电路的逻辑函数为四输入变量，而74LS153只有两个地址控制输入端，一种方法是X1，X2作为地址码，X3作为扩展端（接使能端），X4作为降维变量，参考电路见图2-6。也可用其它方法实现。联接电路，四个输入接开关，输出F接指示灯，改变开关状态，记录指示灯情况。要求写出设计过程，列出真值表。真值表和降维： X3X4X1X200011110001001010101111111100001第一次降维 X3X1X20100X4X401X4X41111100X4第二次降维X1X200X3X4+X3X4（同或）01X3X4+X3X4（异或）11110X3X4设计过程：可以以第一次降维的结果为依据开始设计。把X3和X3接入使能端，就可以把74153分割为两个二分之一74153，每块通过X1X2的输入值决定输出的地址，最终以X4的值作为输出值。例如，当X3=0时，下半块被关闭，上半块74153正常输出， 按照不同的X1X2地址值分配D0D3的值以备输出之用，假如输入X1X2=00，则应输出的位置是D0，应该输出的值是X4，就把X4接到D0上，其他的类似。输出端Q1、Q2各接了一个反相器，然后再接到同一个与非门，最后输出。这样做保证了Q1、Q2拥有共同的输出端。下面为了叙述方便，我们把正常输出信号的半块芯片称为A片，被封闭的半块芯片称为B片。事实上无论是哪个半块芯片正常输出，B片的输出都是0，反相后变成1，同时把A片的信号取了反相。在经过与非门时，由于来自B片的信号始终是1，所以与非门的输出值完全取决于来自A片的信号，经过与非门之后A片的信号又被取了反相，这样A片的信号被取了两次反相，就跟最初从芯片输出端输出的信号一样了。整个芯片的功能就实现了。电路图就可直接使用实验要求中给出的：4用两块74LS153和一个七段数码管（实验箱上提供，已有译码器）构成数据显示器，实验要求电路在任意时刻能显示1（0001）、6（0110）、9（1001）、8（1000）四个数据之一，由地址码控制串行显示。 设计的输出方式：A1A0Q3Q2Q1Q0000001010110111000101001把A3接A1，A2接A0，按照地址接上相应的值，把Q0Q3依次接到数码管的数位从低到高4个接口上就好了。电路图：五、实验思考：1怎样用一块74LS153构成一块8选1？设地址值由低到高为ABC，将C接有A1那半块芯片的使能端，也就是1号口，B接A1，A接A0，输出端Q1，Q0取或运算后输出。2当数据选择器的A1、A0端互换则1698显示是什么？ 1986